国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学宇宙地球環境研究所のリン キスラー　教授(兼：米国ニューハンプシャー大学教授)、三好　由純　教授、堀　智昭　特任准教授らは、宇宙航空研究開発機構の浅村　和史　准教授、篠原　育　教授、東京大学大学院理学系研究科の笠原　慧　准教授、桂華　邦裕　助教、大阪大学大学院理学研究科の横田　勝一郎　准教授、及び米国研究者との国際共同研究で、宇宙嵐を引き起こしているのは、従来考えられてきた太陽起源のプラズマよりも、地球起源のプラズマが主要因であることを発見しました。
研究チームは、国際協力によって、日本の「あらせ」衛星、米国 NASAや欧州ESAの合計4機の科学衛星のデータを用いて解析しました。その結果、地球近傍の宇宙空間（ジオスペース）で、太陽と地球起源のプラズマの組成を分離することに初めて成功し、宇宙嵐の発生時に、地球磁気圏のプラズマが太陽起源から地球起源へと変化することを発見しました。また、宇宙嵐の発達において、はじめは地球起源の水素イオンが支配的であり、その後、地球起源の酸素イオンが宇宙嵐の主要因となることも同定しました。これは、従来考えられてきた太陽起源のイオンだけでなく、地球起源のイオン^注3）も、宇宙嵐の発達に大きく影響することを示しています。
宇宙嵐のときには地球周辺の宇宙環境が大きく変化し、人工衛星に障害が生じたり、地上で強い電流が流れたりして送電網に影響が及ぶことがあります。本研究は、宇宙嵐による宇宙環境の変化を理解したり、宇宙嵐を予測したりするためには、太陽からのプラズマだけではなく、地球からのプラズマの挙動を正確に理解する必要があることを示しており、これまでの宇宙嵐の理解に大きな変革を迫るものです。本研究成果は、2023年10月30日午後7時（日本時間）付イギリス科学誌「Nature Communications」に掲載されました。

【ポイント】

・宇宙嵐^注1）は地球近傍の宇宙空間最大の変動現象であり、人工衛星や地上の機器にも影響を及ぼすことが知られている。
・ジオスペース探査衛星「あらせ」^注2）、米国および欧州の科学衛星による観測から、宇宙嵐の進行につれて地球起源のプラズマが宇宙嵐を駆動していることが明らかになった。
・今回の結果は、「宇宙嵐は太陽起源のプラズマが引き起こす」という従来の説を大きく覆すとともに、太陽地球系結合過程において、地球が能動的な役割を果たしている新たな描像を提示するものである。

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【用語説明】

注1）宇宙嵐：　
太陽面での爆発などに伴って起こる地球近傍の宇宙空間での最大の変動現象。地球周辺に強い電流が流れるとともに、宇宙放射線の量も大きく増える。また、超高層大気の状態も大きく変化する。そのため、人工衛星の運用や通信、測位、電力網に影響が出ることもある。

注2）ジオスペース探査衛星「あらせ」：
2016年12月に打ちあげられたJAXAの科学衛星。宇宙嵐の変動過程、およびヴァン・アレン帯電子の加速・消失機構の解明を主目的としている。イオンについては10 eV/qから180 keV/qまでイオン種を分別した観測が可能であり、特に水素イオン、酸素イオン、アルファ粒子を区別した観測を実現したことが、今回の発見に結び付いた。また、あらせ衛星に関するサイエンスセンターが、JAXA宇宙科学研究所と名古屋大学宇宙地球環境研究所によって運営されている。
(https://ergsc.isee.nagoya-u.ac.jp)

注3）地球起源のイオン：
地球の超高層大気に存在する水素イオンや酸素イオンは、宇宙空間に流出しており、ジオスペースでも観測される。

【論文情報】

雑誌名： Nature Communications
論文タイトル：The variable source of the plasma sheet during a geomagnetic storm (宇宙嵐におけるプラズマシートの組成変化)
著者：　　　　
Lynn Kistler：名古屋大学宇宙地球環境研究所/米国ニューハンプシャー大学　教授
浅村 和史：宇宙航空研究開発機構　宇宙科学研究所　准教授
笠原　慧：東京大学大学院理学系研究科　准教授
三好　由純：名古屋大学宇宙地球環境研究所　教授
C. G. Moukis：米国ニューハンプシャー大学　研究准教授
桂華　邦裕：東京大学大学院理学系研究科　助教
S. M. Petrinec：ロッキードマーチン先端技術センター　研究員
M. L. Stevens：ハーバードスミソニアン天文センター　研究員
堀　智昭：名古屋大学宇宙地球環境研究所　特任准教授
横田　勝一郎：大阪大学大学院理学研究科　准教授
篠原　育：宇宙航空研究開発機構　宇宙科学研究所　教授

DOI: 10.1038/s41467-023-41735-3
URL：https://www.nature.com/articles/s41467-023-41735-3

【研究代表者】

宇宙地球環境研究所　三好 由純　教授
https://is.isee.nagoya-u.ac.jp